Особенностью дифференциальной защиты трансформаторов является то,

что при соединении обмоток трансформатора по схеме звезда – треугольник

мы получаем одиннадцатую группу соединения, т.е. сдвиг между ЭДС и токами первичной и вторичной обмоток в 330 градусов. В результате под действие разности ЭДС Е появляется уравнительный ток, которой будет протекать через дифференциальное реле даже в нормальном режиме, что и приведет к срабатыванию защиты. Для компенсации сдвига токов по фазе обмотки трансформаторов тока со стороны звезды соединяются треугольником, а со стороны треугольника звездой. Такое соединение обмоток трансформатор тока обеспечивает компенсацию между первичными и вторичными токами силового трансформатора и при симметричной и при несимметричной нагрузке.

При коротком замыкании в не зоны защиты (точка К2) через реле КА

протекает разность вторичных токов равная нулю. Защита не срабатывает. При коротком замыкании в зоне защиты (точка К1) через реле КА протекает сумма вторичных токов и дифференциальная защита срабатывает.

Для того, чтобы дифференциальную защиту можно было отстроить от бросков намагничивающего тока силового трансформатора, схемы защиты выполняются на основе дифференциального реле тока типа РНТ и ДЗТ,

которые не чувствительны к апериодической составляющей тока короткого замыкания и к несимметричным токам намагничивания трансформаторов.

3.3. Расчет релейной защиты трансформатора заводской подстанции

По условию технического задания необходимо выполнить расчет максимальной токовой защиты и дифференциальной токовой защиты

двухобмоточного трансформатора мощностью 63 МВА и напряжением 110/10

кВ. Источником питания является энергосистема мощностью 3000 МВА с

53

сопротивлением xс* = 0,35 о.е. Трансформатор связан с энергосистемой воздушной линией протяженностью 8 км. Линия выполнена проводом, сечение которого соответствует сопротивлению RВЛ = 0,118 Ом/км.

Определяется максимальный длительный ток в первичной и вторичной обмотке трансформатора:

1,3

1,4 Sном.тр.

1,4 63 103

I maxВН

463,44A

;

3 U BH

3 110

1,3

1,4 Sном.тр.

1,4 63 103

I maxНН

5098,3A .

3 U HH

3 10

Составляется расчетная схема (рис. 35).

0,35

3000МВА

~

110 кВ

8 км

К2

0,118 Ом/км

63 МВА

11%

К1

10 кВ

Рис. 35. Расчетная схема

Проставляем на расчетной схеме точки короткого замыкания К1 и К2.

Составляем схему замещения для каждой точки (рис. 36). Определяем индуктивное сопротивление всех элементов цепи, через которые протекает ток короткого замыкания. Сопротивление воздушной линии длиной 8 км составляет:

54

						X ВЛ				X 0ВЛ L				Sб		0, 444 8			3000		0,881
													2							2
													U ном						110
где		X 0 ВЛ	0, 444				Ом		является индуктивным сопротивлением провода АС-240/
							км
( R		0,118		Ом	).
	ВЛ
				км
		Сопротивление трансформатора определяется по формуле:
									X	U КЗ				Sб		11		3000		5, 2
										ТР 100			S НОМ .ТР			100		63

где Uкз – напряжение короткого замыкания для трансформатора типа ТДН –

16000/110 (данные каталога).

Рис. 36. Схемы замещения для точек К1 и К2

Результирующие сопротивления для каждой точки определяется

следующим образом.

		X	рез1	X		c *	X ТР	0,35	0,881 1, 23;
	X	рез2		X	с *		X ВЛ	X ТР	0,35 0,881 5, 2 6, 43.

55

За базисное напряжение Uб принимаем напряжение той ступени системы электроснабжения, где находится точка короткого замыкания:

Uб1 115 кВ ;

Uб2 10, 5 кВ.

Определяем базисный ток на стороне высокого и низкого напряжения:

S

б

3000

I

15, 06 кА;

б1

3 Uб1

3 115

S

б

3000

I

165, 2 кА.

б2

3 Uб2

3 10, 5

Всистеме неограниченной мощности периодическая составляющая тока

впереходном режиме короткого замыкания остается практически неизменной.

Системой неограниченной мощности считается энергосистема, в которой

при любых аварийных режимах напряжение на шинах энергосистемы остается практически неизменным. Находим периодическую составляющую тока короткого замыкания:

			I	б1		15, 06
I1										12, 2 кА;
			X рез1				1, 23
			I	б2		165, 2
I										25, 7 кА;
	2		X рез2					6, 43

Определяем ударный ток короткого замыкания:

iуд1 2 kуд1 I1 2 1,608 12, 2 27,5 кА,

iуд2	2 k уд2 I2		2 1,369 25,7 49,3кА,

где kуд1 и kуд2 − ударные коэффициенты из справочных данных.

Находим тепловой импульс тока короткого замыкания:

Bк1 I1 2 (tотк Tа ),

56

где tотк– время, состоящее из времени отключения выключателя и времени срабатывания релейной защиты; Та – время затухания апериодической составляющей тока короткого замыкания. Определяется по справочным данным. Величина Та зависит от места нахождения точки короткого замыкания в схеме электроснабжения. Если точка короткого замыкания находится за воздушной линией напряжением 110 кВ, то Та1 = 0,02 с. При расположении точки короткого замыкания на распределительной сети напряжением 6 кВ время затухания апериодической составляющей Та2 = 0,01с.

B	I		2	(t	T	)	12, 22 (1, 32 0, 02) 199, 45кА2	с ;
к1	1			отк	а1
B		I	2	2 (t	T		) 25, 72 (1, 32 0, 01) 885кА2	с ;
к2				отк	а2

Выбираем трансформаторы тока напряжением 110 кВ и 6 кВ по

четырем параметрам: Uуст, ImaxВН, iуд и Вк.

Тип трансформатора ТФЗМ 110Б-IIУ1. Обоснование выбора сведено в

таблицу:

Расчѐтные данные	Паспортные
Uуст = 110 кВ	Uном = 110 кВ
ImaxВН = 463,44 А	Iном = 600 А /5 А
iуд1 = 27,5 кА	iдин = 126 кА
Вк1 = 199,45 кА2∙с	I2тер∙tтер = 262∙3 = 2028 кА2 ∙ с

Тип трансформатора ТШВ - 15. Обоснование выбора также сведено в

таблицу:

Расчѐтные данные		Паспортные
Uуст = 10 кВ		Uном = 10 кВ
ImaxНН = 5098,3 А		Iном = 6000 А /5 А
iуд2 = 49,3 кА		iдин = 100 кА
Вк2 = 885 кА2∙с		I2тер∙tтер = 202 ∙3= 1200 кА2∙с
	57

Определяем ток срабатывания максимальной токовой защиты на стороне высокого и низкого напряжения трансформатора:

I		kзап	kн	kсх Imax ВН	;
	срабВН
			kВ	kТТВН
I		kзап	kн	kсх Imax НН		;
	срабНН
			kВ	kТТВН

где kзап – коэффициент самозапуска двигателя, учитывающий бросок тока при пуске двигателей. Так как к линии не подключены двигатели, то kзап = 1; kн –

коэффициент надежности отстройки защиты, принимаем равным 1,5;

kсх – коэффициент схемы соединения трансформаторов тока. Обмотки трансформаторов тока на высокой и низкой стороне соединены по схемам полной и неполной звезды соответственно, поэтому kсх = 1 и в том и в другом случае; kВ– коэффициент возврата реле, принимаем равным 0,85; kТТ –

коэффициент трансформации трансформатора тока.

k

k

k

I

1 1, 5 1 463, 4

IсрабВН

зап

н

сх

max ВН

6,82 A;

kВ

kТТВН

0,85 120

k

k

k

I

1 1.5 1 5098, 3

IсрабНН

зап

н

сх

max НН

7, 4 А.

kВ

kТТВН

0,85 600

Расчет дифференциальной токовой защиты трансформатора начинаем с определения тока силового трансформатора на стороне высокого и низкого напряжения:

IВН		Sном.тр			63 103						316, 6А;
			3 UВН		3 115
IНН		Sном.тр			63 103						5517,6А.
		3 UНН			3 6,6

Определяем вторичный ток в плечах дифференциальной токовой защиты:

58

I

k

316, 6

3

I

ВН

сх

4, 6А;

2ВН

kТТВН

120

I

k

5517, 6 1

I

НН

сх

4, 6 А.

2НН

kТТНН

1200

Определяем ток небаланса:

Iнб ka kодн f IКЗ max ,

где kа – коэффициент, учитывающий влияние апериодической составляющей тока короткого замыкания. Так как мы выбираем для ДТЗ дифференциальные реле типа РНТ-565 в основе которых быстронасыщающиеся трансформаторы,

то принимаем kа = 1 . kодн– коэффициент однотипности условий работы трансформаторов тока. Если трансформаторы тока обтекаются близкими по значению токами, то kодн = 0.5, в остальных случаях – 1. f – погрешность трансформатора тока, удовлетворяющая десятипроцентной кратности, и

соответственно равная 0,1. IКЗmax – наибольший трехфазный ток короткого замыкания при внешнем (сквозном) коротком замыкании. Выбираем наибольший ток среди расчитанных периодических составляющих тока короткого замыкания и определяем ток небаланса:

Iнб ka kодн f IКЗ max 1 0, 5 0,1 25700 1285 А.

Определяем ток срабатывания реле по условию отстройки от тока небаланса с коэффициентом надежности 1,3 и без учета коэффициента возврата реле:

I		k		k		k	I		1	.
	сраб.р		зап		н			нб
						сх			k
									ТТ

Коэффициент схемы и трансформации тока выбирается по условию выбора тока короткого замыкания максимума. На какой стороне выбирается ток, на той стороне и выбирается коэффициент.

Iсраб.р	kзап kн kсх	I		1	1 1,3 1285		1, 4 А.
			нб k		1200
				ТТ
			59

Определяем число витков основной (дифференциальной) обмотки

трансформатора БНТ реле РНТ-565:

W1расч

F

100

71, 4 71виток

Iсраб.р

1, 4

Находим число витков вторичной обмотки быстронасыщающегося

трансформатора:

W2 расч

W1расч

I2ВН

71, 4 4, 6

71, 4

I2НН

4, 6

Определяем уточненный ток небаланса:

Iнб.расч

(W1расч

W1) IКЗ max

(71, 4

71) 1285

7, 2 А.

W1расч

71, 4

Суммарный ток небаланса:

Iнб

Iнб

Iнб.расч 1285 7, 2 1292, 2 А.

Определяем уточненный ток срабатывания реле:

Iсраб. р

kзап

kн kсх

Iнб

1 1, 5 1 1292, 2

1, 6 А.

kТТ

1200

Определяем коэффициент чувствительности:

IКЗ min IКЗ max 0, 03 IКЗ max 25700 771 24929 А.

		I	КЗ min		24929
	kч						13 1,5
		Iсраб.р		kТТ	1, 6 1200

60